Trap effect of groove is evaluated in a lubricating system using computational fluid dynamics (CFD) analysis. The simulation is based on the standard k-ε turbulence model and the discrete phase model (DPM) using a commercial CFD code FLUENT. The simulation results are also capable of showing the particle trajectories in flow field. Computational domain is meshed using the GAMBIT pre-processor. The various grooves are applied in order to improve lubrication characteristics such as reduction of friction loss, increase in load carrying capacity, and trapping of the wear particles. Trap effect of groove is investigated with variations in cross-sectional shape and Reynolds number in this research. Various cross-sectional shapes of groove (rectangular, triangle, U shaped, trapezoid, elliptical shapes) are considered to evaluate the trap effect in simplified two-dimensional sliding bearing. The particles are assumed to steel, and defined a single particle injection condition in various positions. The “reflect” boundary condition for discrete phase is applied to the wall boundary, and the “escape” boundary condition to “pressure inlet” and “pressure outlet” conditions. The streamlines are compared with particles trajectories in the groove. From the results of numerical analysis in the study, it is found that the cross-sectional shapes favorable to the creation of vortex and small eddy current are effective in terms of particle trapping effect. Moreover, it is found that the Reynolds number has a strong influence on the pattern of vortex or small eddy current in the groove, and that the pattern of the vortex or small eddy current affects the trap effect of the groove.
Bearings of marine engines are operated under severe conditions because of dynamic load and low sliding speed. This paper deals with lubrication analysis of a crank pin bearing for a marine diesel engine. Journal center locus and oil film thickness are compared of crank pin bearing. In the past researches, journal bearings have been studied only about the surface of bearing. In addition to this conventional research, this paper analyzes the effect of roundness error of a journal and a bearing on the minimum film thickness. Numerical analysis has been studied by using Reynolds equation and also Half-Sommerfeld condition is applied as boundary condition. Futhermore, this study investigates the effect of roundness error change on the minimum film thickness. The results demonstrate that the bigger amplitude of roundness error yields, the lower minimum oil film thickness is. In comparison to previous research considered a journal and a bearing individually, the results considering a journal and a bearing together show that amplitude of roundness error of journal has very little effect on the minimum oil film thickness.
Wind turbine, which is attracting part of the renewable energy and is researching continuously, is going to be large size for high efficiency. There is a yaw system rotating the nacelle, weighted about 600 tons, to be perpendicular with the wind direction blowing in the large wind turbine. The wind turbine is focusing on the reliability improvement because working environment effect is bigger than any other points and specially, the reliability improvement of the yaw drive is required by the customer because it is the key component of the wind turbine. Because of this, the establishment of criteria for yaw drive is required because yaw drive system is the part of the wind turbine closely related with ensuring the reliability. So, this study did the failure analysis of the yaw drive system, which is consisted with 10 sets of yaw drives through researching and analyzing the site conditions. Also this study designed the life test method based on the failure analysis and working condition of the yaw drive. To design the accelerated life test of the yaw drive, this study reviewed the torque, lubrication condition, and frequency of use and etc. Finally, this selected the torque as the acceleration factor which is affected mainly to the system and also, the test equipment was developed based on the requirement of the life and performance test.
The tribological behavior of an Fe-based bulk amorphous alloy while sliding against a AISI 304 disc is investigated using a unidirectional pin-on-disc type tribometer in dry and distilled water environments. The rod-shaped bulk pins are fabricated by suction casting. The crystallinities of the bulk amorphous alloys before and after the friction tests are determined by X-ray diffraction. The friction coefficient and specific wear rate of the amorphous pin in the water environment are found to be twice and thrice as much as in the dry environment at a low applied pressure, respectively. However, at a higher pressure, the friction coefficient and specific wear rate are 0.4 and 1.02 mg/(Nm/s), respectively, in the water environment. A microstructure analysis shows that the worn surface of the alloy is characterized by delamination from the smooth friction surface, and thus delamination is the main wear mechanism during the friction test in dry sliding environment. In contrast, brittle fracture morphologies are apparent on the friction surface formed in distilled water environment. For the sample tested at a lower sliding speed, the XPS data from the oxide layer are similar to those of the pure element with weak suboxide peaks. For higher sliding speeds, all the main sharp peaks representing the core level binding energies are shifted to the oxide region.
In the preceding Part I study, for improving the unbalance response vibration of a large PRT motor-generator rotor fundamentally by design, a series of design analyses were carried out for bearing improvement by retrofitting from original plain partial journal bearings, applied for operation at a rated speed of 1,800 rpm, to final tilting pad journal bearings. To satisfy evenly key basic lubrication performances such as the minimum lift-off speed and maximum oil-film temperature, a design solution of 5-pad tilting pad journal bearings and maximizing the direct stiffness by about two times has been achieved. In this Part II study, a detailed rotordynamic analysis of the large PRT motor-generator rotor-bearing system will be performed, applying both the original plain partial journal bearings and the retrofitted tilting pad journal bearings, to confirm the effect of rotordynamic vibration improvement after retrofitting. The results show that the rotor unbalance response vibrations with the tilting pad journal bearings are greatly reduced by as much as about one ninth of those with the plain partial journal bearings. In addition, for the tilting pad journal bearings there exist no critical speed up to the rated speed and just one instance of a concerned critical speed around the rated speed, whereas for the plain partial journal bearings there exist one instance of a critical speed up to the rated speed and two instances of concerned critical speeds around the rated speed.
The piston of a marine diesel engine works under severe conditions, including a combustion pressure of over 180 bar, high thermal load, and high speed. Therefore, the analyses of the fatigue strength, thermal load, clamping (bolting) system and lubrication performance are important in achieving a robust piston design. Designing the surface profile and the skirt ovality carefully is important to prevent severe wear and reduce frictional loss for engine efficiency. This study performs flexible multi-body dynamic and elasto-hydrodynamic (EHD) analyses using AVL/EXCITE/PU are performed to evaluate tribological characteristics. The numerical techniques employed to perform the EHD analysis are as follows: (1) averaged Reynolds equation considering the surface roughness; (2) Greenwood_Tripp model considering the solid_to_solid contact using the statistical values of the summit roughness; and (3) flow factor considering the surface topology. This study also compares two cases of skirt shapes with minimum oil film thickness, peak oil film pressure, asperity contact pressure, wear rate using the Archard model and friction power loss (i.e., frictional loss mean effective pressure (FMEP)). Accordingly, the study compares the calculated wear pattern with the field test result of the piston operating for 12,000h to verify the quantitative integrity of the numerical analysis. The results show that the selected profile and the piston skirt ovality reduce friction power loss and peak oil film pressure by 7% and 57%, respectively. They also increase the minimum oil film thickness by 34%.
A DE-side LBP tilting pad journal bearing of a 1-stage overhung heat-pump compressor in a propylene process exhibited abnormal high-temperature behavior. Its temperature had been relatively high at $78^{\circ}C$ from the beginning of operation. In 2014, after three years of operation, it increased suddenly and reached $103^{\circ}C$. Installing a varnish removal equipment and others managed to stabilize the temperature at $95^{\circ}C$. We undertook a troubleshooting approach for reviewing the comprehensive status and integrity of the temperature design of the bearing. We performed lubrication and heat-balance analysis, based on the design engineering data and documents supplied by the OEM. For the base design data of DE-side TPJB, evaluating the effects of key design variables on bearing metal temperature showed that firstly, increasing the bearing clearance and supply oil flow-rate, and next, changing the oil type, and finally, increasing the machined pad clearance and offset, are more effective in reducing the bearing metal temperature. Furthermore, a clarification meeting with the OEM revealed that an incorrect decision had been made to decrease the bearing clearance to eliminate the SSV harshness issue, while not maintaining a sufficient oil flow-rate. We conducted a detailed retrofit design analysis, wherein we increased the oil flow-rate and bearing clearance by decreasing the preload. We predicted that the bearing temperature would decrease to $63^{\circ}C$ from $75.7^{\circ}C$ even at the rerate condition. Finally, after installing and operating a retrofit replacement bearing in 2015, the bearing temperature stabilized at a low temperature of $65^{\circ}C$. Currently (January. 2017), two year later, the bearing metal temperature remains at $65^{\circ}C$. Therefore, we can conclude that the abnormal high-temperature behavior of the bearing has been resolved completely.
In vertical hydro/hydraulic power turbine-generator applications, traditionally, cylindrical turbine guide bearings (TGBs) are widely used to provide turbine runner shafts with smooth rotation guides and supports. All existing cylindrical TGBs with simple plain pads have drawbacks such as having no pressure generation and film stiffness at the no-load condition and in addition, at the low-load/low-eccentricity condition, having very low film stiffness values and lacking design credibility in the stiffness values themselves. In this paper, in order to fundamentally improve the low-load/low-eccentricity performance of conventional cylindrical TGBs and thus enhance their design-application availability and usefulness, we propose to introduce a rotation-directional leading-edge taper to each partitioned pad, i.e., a pad leading-edge taper. We perform a design analysis of lubrication performance on $4-Pad{\times}4-Row$ cylindrical TGBs to verify an engineering/technical usefulness of the proposed pad leading-edge taper. Analysis results show that by introducing the leading-edge taper to each pad of the cylindrical TGB one can expect a constant high average direct stiffness with a high degree of design credibility, regardless of load value, even at the low-load/low-eccentricity condition and also control the average direct stiffness value by exploring the taper height as a design parameter. Therefore, we conclude that the proposed pad leading-edge tapers are greatly effective in more accurately predicting and controlling rotordynamic characteristics of vertical hydro-power turbine-generator rotor-bearing systems to which cylindrical TGBs are applied.
Transactions on Electrical and Electronic Materials
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제8권2호
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pp.53-57
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2007
In this study, a novel slurry containing ceria as the abrasive particles was analyzed in terms of its frictional, thermal and kinetic attributes for interlayer dielectric (ILD) CMP application. The novel slurry was used to polish 200-mm blanket ILD wafers on an $IC1000_{TM}$ K-groove pad with in-situ conditioning. Polishing pressures ranged from 1 to 5 PSI and the sliding velocity ranged from 0.5 to 1.5 m/s. Shear force and pad temperature were measured in real time during the polishing process. The frictional analysis indicated that boundary lubrication was the dominant tribological mechanism. The measured average pad leading edge temperature increased from 26.4 to $38.4\;^{\circ}C$ with the increase in polishing power. The ILD removal rate also increased with the polishing power, ranging from 400 to 4000 A/min. The ILD removal rate deviated from Prestonian behavior at the highest $p{\times}V$ polishing condition and exhibited a strong correlation with the measured average pad leading edge temperature. A modified two-step Langmuir-Hinshelwood kinetic model was used to simulate the ILD removal rate. In this model, transient flash heating temperature is assumed to dominate the chemical reaction temperature. The model successfully captured the variable removal rate behavior at the highest $p{\times}V$ polishing condition and indicates that the polishing process was mechanical limited in the low $p{\times}V$ polishing region and became chemically and mechanically balanced with increasing polishing power.
A tractor is an agricultural machine that performs farm work, such as cultivation, soil preparation, loading, bailing, and transporting, through attached working implements. Farm work must be carried out on time per the growing season of crops. As a result, the reliability of a tractor's transmission is vital. Ideally, the transmission's design should reflect the actual load during agricultural work; however, configuring such a measurement system is time- and cost-intensive. The design and analysis of a transmission are, therefore, mainly performed by empirical methods. In this study, a tractor with a measurement system was used to measure the actual working load in the field. Its hydro-mechanical transmission was then analyzed using the measured load. It was found that the velocity factor, load distribution factor, lubrication factor, roughness factor, relative notch sensitivity factor, and life factor affect the gear strength of the transmission. Also, loading conditions have a significant influence on the reliability of the transmission. It is believed that transmission reliability can be enhanced by analyzing the actual load on the transmission, as performed in this study.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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